CN102900859A - 水下液压驱动型平板闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下液压驱动型平板闸阀，在阀体内设有流道，流道的中部安有阀座，该阀座中间设有阀板，阀板上开有阀板通道；阀体与阀盖一端连接，阀盖另一端依次与弹簧腔壳体、液缸壳体、护筒同轴连接，弹簧腔壳体内腔设有阀杆，阀杆穿过阀盖与阀板连接，阀杆上固定套装有限位筒及弹簧压板，密封压帽一端的弹簧腔壳体底端设有限位板，限位板与弹簧压板之间设有弹簧；液缸壳体内腔中的活塞一端与弹簧压板相顶，活塞另一端与超控杆固定连接；阀盖轴心孔设有泄压口；弹簧腔壳体上设有压力补偿口；液缸壳体上设有液压进出口。本发明的装置结构简单、密封性能好、可靠性高、具有故障自动关闭及ROV备用控制功能。

Description

水下液压驱动型平板闸阀

技术领域

本发明属于石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种水下液压驱动型平板闸阀。

背景技术

平板闸阀是常用的截断阀，其流动阻力小，密封可靠，寿命长，广泛地应于气、液介质管路***中，尤其是在海洋油气勘探开发中，水下平板闸阀广泛应用到水下油气生产***中，如：水下采油树、水下集输管汇、海洋管道等；在深水油气生产中，由于无法对生产设备直接进行操作，只能利用水下生产控制***或ROV（水下机器人）等对水下平板闸阀等进行远程控制，因此，具有水下远程控制功能的平板闸阀是水下油气生产***重要部件。

现有水下平板闸阀，存在结构复杂、制造困难、控制可靠性不够高等弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下液压驱动型平板闸阀，解决了现有技术中的水下平板闸阀的结构设计、制造比较复杂，控制可靠性不够高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种水下液压驱动型平板闸阀，包括阀体及固定在阀体上的液压驱动器，

所述的阀体内纵向设置有流道，流道的中部安装有阀座，该阀座中间设置有可横向移动的阀板，阀板上开有与流道内径相当的阀板通道，阀板另一端与阀杆连接；

所述的液压驱动器包括阀盖，阀盖一端与阀体固定连接，阀盖另一端依次与弹簧腔壳体、液缸壳体、护筒同轴固定连接，弹簧腔壳体内腔设置有阀杆，阀杆穿过阀盖与阀板连接，阀杆上固定套装有限位筒及弹簧压板，阀盖与阀杆之间的接触面设有组合密封，密封压帽一端的弹簧腔壳体底端设置有限位板，限位板与弹簧压板之间设置有弹簧，

液缸壳体内腔中安装有活塞，活塞一端与弹簧压板相顶，活塞另一端与超控杆固定连接，超控杆穿过护筒轴心孔，并且超控杆上固定安装有指示杆；

阀盖轴心孔设置有泄压口；弹簧腔壳体上设有压力补偿口；液缸壳体上设有液压进出口。

本发明的有益效果是，结构简单、密封性能好、可靠性高、具有故障自动关闭及ROV备用控制的水下平板闸阀，实现从水面对水下油气生产的远程控制。

附图说明

图1为本发明装置第一种结构处于全关状态示意图；

图2为本发明装置第一种结构处于全开状态示意图；

图3为本发明装置第二种结构处于全开状态示意图；

图4为本发明装置第二种结构处于全关状态示意图；

图5为本发明装置中的阀座密封示意图（图1中的X处放大图）；

图6为本发明装置第二种结构处于全开状态时的阀杆密封示意图（图3中的Y处放大图）；

图7为本发明第二种结构处于全关状态时阀杆密封位置示意图一（图4中的Z处放大图）；

图8为本发明第二种结构处于全关状态时阀杆密封位置示意图二（图4中的Z处放大图）。

图中，1.阀体，2.阀板，3.阀门流道，4.阀板通道，5.密封A，6.阀盖，7.阀杆密封，8.密封压帽，9.密封B，10.限位板，11.压力补偿口，12.弹簧，13.限位筒，14.阀杆，15.弹簧腔壳体，16.弹簧压板，17.密封C，18.液缸壳体，19.活塞密封A，20.活塞密封B，21.护筒，22.指示杆，23.超控杆，24.液压进出口，25.活塞，26.泄压口，27.阀座，28.密封锥面A，29.密封锥面B，30.阀座密封A，31.阀座密封B，32.浮动密封A，33.浮动密封B，34.浮动密封支架。

具体实施方式

本发明的水下液压驱动型平板闸阀结构是，包括阀体1及固定在阀体1上的液压驱动器，

如图1所示，阀体1可以采用独立的结构，并通过法兰等方式与其它设备连接，或者，阀体1也可集成到其它设备中（如在水下采油树中，平板闸阀的阀体通常集成到采油树本体，即平板闸阀的阀体与采油树本体可以制作为一个整体），阀体1内纵向设置有流道3，流道3的中部安装有上下组合体结构的阀座27，该阀座27中间设置有可横向移动的阀板2，阀板2上开有与流道3内径相当（即指内径一致或内径接近）的阀板通道4，阀板2另一端与阀杆14通过T形槽连接（也可采用螺纹等方式连接），上下两个阀座27与阀体1的接触面均为台阶式接触，该台阶的两个接触面上分别设置有阀座密封A30及阀座密封B31，参照图1中的X部位及图5对X部位的局部放大结构图。

液压驱动器包括阀盖6，阀盖6一端与阀体1固定连接，阀盖6另一端依次与弹簧腔壳体15、液缸壳体18、护筒21同轴固定连接，弹簧腔壳体15内腔设置有阀杆14，阀杆14穿过阀盖6通过T型槽与阀板2连接（也可采用螺纹等方式连接），阀杆14上套装有限位筒13及弹簧压板16连接固定为一体，阀盖6与阀杆14之间的接触面设有组合密封，第一种组合密封形式（见图1、图2）包括阀杆密封7和密封压帽8，阀杆密封7用于密封阀内高压流体，密封压帽8一端的弹簧腔壳体15底端设置有限位板10，限位板10与弹簧压板16之间设置有弹簧12，

液缸壳体18内腔中安装有活塞25，活塞25一端与弹簧压板16相顶（接触），活塞25另一端与超控杆23固定连接，超控杆23穿过护筒21轴心孔，并且超控杆23上固定安装有指示杆22，在护筒21圆壁纵向开有指示杆通槽，指示杆22伸出指示杆通槽；当活塞25左移，限位筒13左移触碰到限位板10时，阀板2端头左移到底，阀板通道4与流道3纵向贯通，此时指示杆22位于指示杆通槽最左端；

阀体1与阀盖6接触面设有密封A5，用于密封阀内高压流体；阀盖6朝向阀体1的轴心孔沿设有密封锥面B29，阀杆14上设有密封锥面A28，密封锥面A28的锥角与密封锥面B29锥角一致或略小，当阀板2关闭时，两个锥面会压合形成可靠的金属对金属密封；阀盖6轴心孔设置有泄压口26，用于弹簧腔内压力达到预警值时自动泄压，避免高压对弹簧腔及补偿液***的破坏，该泄压口26还可以用于注入密封脂；弹簧腔壳体15上设有压力补偿口11，该压力补偿口11与控制***的补偿液***连通，以避免弹簧腔内压力出现较大的波动而影响活塞25的运动；液缸壳体18上设有液压进出口24，液压进出口24用于控制液的进出，液缸壳体18内设有活塞密封A19和活塞密封B20，活塞密封A19和活塞密封B20位于液压进出口24两边，用于密封由液压进出口24输入的控制液；弹簧腔壳体15与阀盖6的接触面设有密封B9，弹簧腔壳体15与液缸壳体18的接触面设有密封C17，密封B9和密封C17用于避免海水浸入或弹簧腔内压力补偿液外漏。

阀盖6与阀体1之间采用法兰连接，或采用卡毂方式实现连接。

弹簧12采用一个圆柱螺旋弹簧，或采用多个圆柱螺旋弹簧的组合，也可采用组合蝶形弹簧或其它形式的弹簧。

指示杆22用于观察判断阀门的开/关状态，也可以通过安装位置传感器来确定阀门的开/关状态。

超控杆23为备用控制，应急情况下，可利用ROV等推动超控杆23打开水下平板闸阀。

阀座密封B31具有足够的弹力，将阀座27与阀板2紧密压合形成可靠的金属对金属密封。

本发明装置的工作过程是，

需要打开水下平板闸阀时，控制***的高压控制液从液压进出口24进入液缸壳体18内腔，活塞25左移推动弹簧压板16、限位筒13、阀杆14及阀板2向左运动，当限位筒13左端与限位板10接触时受到限制，向左的运动停止，此时阀板2上的阀板通道4与阀门流道3完全对齐，阀门打开，外部可从指示杆22位于最左端位置来确定，如图2所示。活塞25推动弹簧压板16等向左运动时，弹簧12受到压缩，弹簧压板16与弹簧腔壳体15间有间隙，弹簧腔内液体可左右流动，同时，压力补偿口11与控制***的补偿液***连通，当活塞25进入弹簧腔时，弹簧腔内部分液体可流入控制***的补偿液***，从而避免弹簧腔内压力的波动。同时，水下平板闸阀设置有超控杆23，当液压***（如：出现液压故障等）无法打开阀门时，可利用ROV向左推动超控杆23打开阀门，再用工具将阀门锁定在全开状态即可。

需要关闭水下平板闸阀时，卸掉液压进出口24的液压，受到压缩的弹簧12自行复位，推动弹簧压板16、限位筒13、阀杆14及阀板2向右运动，直至阀杆14上的密封锥面A28与阀盖6上的密封锥面B29接触压紧时受到限制，向右的运动停止，此时阀板2上的阀板通道4与阀门流道3完全错开，阀门关闭，外部可从指示杆22位于最右端位置来确定，如图1所示。阀门关闭过程中，活塞25退出弹簧腔而控制***的补偿液通过压力补偿口11流入弹簧腔，避免弹簧腔内产生压力的波动。阀门关闭后，阀座密封B31可产生足够的弹力，将阀座27与阀板2紧紧压合形成可靠的金属对金属密封（如果阀板两侧出现压力差，该压力差作用在阀板2上使其与阀座27进一步压紧，达到压力助封的效果），实现流道的双向密封（如图1中，当流体从上往下流时，由阀板与下部阀座形成密封，当流体从下往上流，由阀板与上部阀座形成密封）；同时，阀门关闭时，阀杆14上的密封锥面A28和阀盖6的密封锥面B29，会紧密压合，形成可靠的金属对金属密封，再加上阀杆密封7，形成阀杆的两道可靠密封。故当控制***出现故障，控制泄压时，阀门会在弹簧的作用下关闭，关闭流道，避免事故的发生。

参照图3、图4、图6、图7、图8，本发明装置的第二种组合密封是，省略部件阀杆密封7和密封压帽8，阀杆14与阀盖6的接触部位为对应的台阶配合方式，在阀盖6与阀杆14之间设置浮动密封总成，浮动密封总成结构包括一个浮动密封支架34，浮动密封支架34的外圆表面与阀盖6接触面设置有浮动密封A32，浮动密封支架34的内圆表面与阀杆14接触面设置有浮动密封B33。

图3为本发明第二种结构，阀板2处于全开状态的示意图；图4为本发明第二种结构，阀板2处于全关状态的示意图。当水下平板闸阀应用于较大的水深时，由于阀外静水压力作用在超控杆23上，形成向左的推力，阻止阀门关闭，故关阀时弹簧除需要克服各种摩擦力外，还要克服阀外静水压力产生的阻力，此时弹簧的刚度变得很大，弹簧的尺寸也相应变得很大，造成整个阀门尺寸变大；而多数情况下，水下平板闸阀内部流体压力远高于阀外静水压力，如充分利用阀内的压力，可降低对弹簧刚度的要求，此时，可将阀杆14及其密封设置为图6所示，浮动密封总成由浮动密封支架34、浮动密封A32和浮动密封B33组成，浮动密封总成在实现阀杆14密封的同时，还可沿阀杆14左右移动；水下平板闸阀关闭时如图6所示；

当阀内流体压力高于阀外静水压力时，水下平板闸阀全开状态如图7所示，浮动密封总成可产生推力协助弹簧关阀；

当阀外静水压力高于阀内流体压力时，水下平板闸阀全开状态如图8所示，浮动密封总成不会对关阀产生额外的阻力。

本发明以其在水下的应用为例，但也可应用于平台或陆地其它设备。

本发明装置属于故障关闭型结构，利用液压打开水下平板闸阀，泄压后，通过弹簧复位实现阀门的关闭；同时，该发明也可以是故障打开型，利用液压关闭水下平板闸阀，泄压后，通过弹簧复位实现阀门的打开。

本发明的水下液压驱动型平板闸阀，采用液压驱动打开平板闸阀，液压缸泄压后，驱动器的弹簧复位实现平板闸阀的关闭；阀门关闭后，阀杆与阀盖间形成可靠金属对金属密封；当阀门流道内压力大于周围静水压力时，还可利用浮动密封总成协助弹簧关闭阀门；同时该水下平板闸阀还设有备用控制，可通过ROV（水下机器人）等，打开平板闸阀。能够满足水下远程控制要求、结构简单、密封性能好、安全性和可靠性高。

Claims (6)

1.一种水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：包括阀体（1）及液压驱动器，

所述的阀体（1）内纵向设置有流道（3），流道（3）的中部安装有阀座（27），该阀座（27）中间设置有可横向移动的阀板（2），阀板（2）上开有与流道（3）内径相当的阀板通道（4），阀板（2）另一端与阀杆（14）连接；

所述的液压驱动器包括阀盖（6），阀盖（6）一端与阀体（1）固定连接，阀盖（6）另一端依次与弹簧腔壳体（15）、液缸壳体（18）、护筒（21）同轴固定连接，弹簧腔壳体（15）内腔设置有阀杆（14），阀杆（14）穿过阀盖（6）与阀板（2）连接，阀杆（14）上固定套装有限位筒（13）及弹簧压板（16），阀盖（6）与阀杆（14）之间的接触面设有组合密封，密封压帽（8）一端的弹簧腔壳体（15）底端设置有限位板（10），限位板（10）与弹簧压板（16）之间设置有弹簧（12）；

液缸壳体（18）内腔中安装有活塞（25），活塞（25）一端与弹簧压板（16）相顶，活塞（25）另一端与超控杆（23）固定连接，超控杆（23）穿过护筒（21）轴心孔，并且超控杆（23）上固定安装有指示杆（22）；

阀盖（6）轴心孔设置有泄压口（26）；

弹簧腔壳体（15）上设有压力补偿口（11）；

液缸壳体（18）上设有液压进出口（24）。

2.根据权利要求1所述的水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：

所述的阀体（1）与阀盖（6）接触面设有密封A（5）；

所述的弹簧腔壳体（15）与阀盖（6）的接触面设有密封B（9），弹簧腔壳体（15）与液缸壳体（18）的接触面设有密封C（17）；

所述的液缸壳体（18）内设有活塞密封A（19）和活塞密封B（20），活塞密封A（19）和活塞密封B（20）位于液压进出口（24）两边；

所述的阀盖（6）朝向阀体（1）的轴心孔沿设有密封锥面B（29），阀杆（14）上设有密封锥面A（28），密封锥面A（28）锥角与密封锥面B（29）锥角一致或略小；

所述的阀座（27）的上下端与阀体（1）的接触面均为台阶式接触，该台阶的两个接触面上分别设置有阀座密封A（30）及阀座密封B（31）。

3.根据权利要求1所述的水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：所述的组合密封是，

采用阀杆密封（7）和密封压帽（8）的组合方式；

或者，阀杆（14）与阀盖（6）的接触部位设置为对应的台阶配合形式，在阀盖（6）与阀杆（14）之间设置浮动密封总成，浮动密封总成结构包括一个浮动密封支架（34），浮动密封支架（34）的外圆表面与阀盖（6）接触面设置有浮动密封A（32），浮动密封支架（34）的内圆表面与阀杆（14）接触面设置有浮动密封B（33）。

4.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：所述的阀杆（14）通过T型槽与阀板（2）连接，

或者，阀杆（14）与阀板（2）采用螺纹连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：所述的阀盖（6）与阀体（1）之间采用法兰连接，或采用卡毂方式连接。

6.根据权利要求1、2或3所述的水下液压驱动型平板闸阀，其特征在于：所述的弹簧（12）采用一个圆柱螺旋弹簧，或采用多个圆柱螺旋弹簧的组合，或采用组合蝶形弹簧。

Images